高空气象探测——GFE(L)1型测风雷达
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单元标题：第六章 GFE（L）1型测风雷达
第一节 雷达简介
第二节 基本工作原理
教学时数：（2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0）学时：
主要教学内容：
GFE（L）1型测风雷达用途、整机组成、特点、基本工作原理。
教学重点与难点：
整机组成、基本工作原理。
课后作业：
1、GFE（L）1型高空气象探测雷达的用途、功能、特点、整机组成。
2、GFE（L）1型高空气象探测雷达室内与室外连接要求、天线装置的组成、基本工作原理和测距测角原理。
课后体会：
通过教学，使学生掌握GFE（L）1型高空气象探测雷达的功能、用途、特点和基本工作原理，但课后必须进行现场实习，才能对所学知识起到巩固的作用。
第六章 GFE（L）1型测风雷达
第一节 雷达简介
一、概述
用途：探测地面至高空30公里范围内各层次的风向、风速、温度、气压及湿度等参数的仪器，为气象部门提供精确的探测资料。
基本原理：在探测过程中，由气球携带随风漂移的探空仪、回答器提供信息，雷达作为一种地面设备，对此信息进行精密的跟踪、测定、解码和译码，并通过微机的运算和处理，得到各种所需要的高空气象资料。
达采用了单通道、单脉冲二次雷达工作体制，实现了角度自动跟踪、自动测距、自动数据处理、近距离抓球与近距离测距，具有较高的探测精度和自动化程度。
根据用户要求提供备份插板，当用备份插板替代有故障的插板后，雷达可立即恢复正常工作。
配备了一台示波器，既可以观察信号的实时波形，也可以作为测角、测距的
显示器来使用。雷达配有不间断电源（1kW的UPS），停点后可维持雷达正常工作20分钟。
二、整机组成
由天线装置、主控箱、驱动箱、计算机、示波器、UPS电源等。
主控箱：含有一个电源盒和八块电路插板，分别是探空通道板、显示切换板、测距板、终端板、自检/译码板、天控板、俯仰轴角板和方位轴角板。
驱动箱：主要由方位、俯仰驱动器及+24V电源组成。
天线装置：由天线阵、俯仰箱、天线座（含发射机）、和差箱及摄像机等组成。
架高在室外的平地或楼顶的平台上，其余部分安放在室内。室内与室外距离最大不得超过30m，由电缆相连，雷达主控箱、计算机、打印机、内控盒等放置在工作台上。
三、特点 1、符合国际电联和我国无线电频率划分规定；中心频率：1675±6MHz。
2、采用比相单通道、单脉冲，角跟踪精度高,体积小,重量轻；约500㎏左右。
3、大量采用大规模集成电路,使得整机耗电量小,配备UPS电源可在雷达断电后连续工作20分钟以上；耗电量小于1000W。
4、大量采用了微电脑及数字处理技术,实现了角度跟踪、距离跟踪、雷达控制、监控监测及数据接收、处理的全自动化。
5、采用近程测距技术,使最近测距距离可达100米以内。
6、采用电视监控手段,大大方便了起始抓球,提高了放球成功率。
7、采用先进的BIT系统，自动检测故障、报警，并以图形的方式指出故障位置，提高仪器的可维修性；共有8个单元的电路板。
8、雷达终端软件采用C++语言编写，以win98为运行平台，数据接收纠错能力强，界面新颖，人机界面友好，操作简便。
9、雷达终端软件具有气压—高度反算功能，使得雷达具有无线电经纬仪的功能。
10、雷达终端软件的数据处理操作简便，在探测结束后可立即输出符合中国气象局气象规范的报表、报文。
第二节 基本工作原理
角跟踪：采用了单通道单脉冲体制。即通过从4个天线单元与和差环获得和信号与差信号。并利用调制环将差信号调制到和信号上，所得的此信号与传统的圆锥扫描和跳变扫描所产生的信号基本相同。虽然误差的提取采用了单脉冲体制，但接收机只用一套，故称之为单通道、单脉冲体制。当目标在天线轴指向的方向上时，所接收到的探空信号不受调制，此时角误差信号为零，而目标偏离天线轴方向时，将产生角误差信号，它将按50Hz的速率被调制在和信号上。显然，调制度与目标相对天线轴方向的夹角有关，经雷达接收机放大、解调后送到天控分系统，由天控分系统控制天线完成角自动跟踪的功能。
数字式电子探空仪：温度、湿度传感器采用成熟的热敏、湿敏电阻，而气压传感器则采用进口的半导体压敏材料，精度高，一致性好。由传感器获得的电信号将被探空仪中的微处理器采样、校正、编码，并按1200Hz的波特率每秒一次向外发送。
探空仪的接收发射公用一只天线，其发射机工作在超再生状态，它产生的载波频率为1671MHz的信号受调制器产生的800kHz信号的调制，我们称这种信号为“超杂波”。在不发气象码时，探空仪发射的信号即为这种“超杂波”，而在发码期间800kHz副载波将受到32.7kHz方波调制，而有无32.7MHz方波将取决于此时气象码是“0”还是“1”。
测距原理是：雷达发射的“询问”脉冲被回答器的天线所接收，回答器就发射一个“回答”脉冲被雷达所接收。由于雷达对探空仪发射与接收采用同一通道，即询问和回答采用大致相同的频率，所以当雷达发射的询问脉冲被探空仪接收后，加到高频振荡器，此时在询问脉冲作用下使超再生作用加强，即“超杂波”的幅度稍稍增大即产生“鼓包”，在询问脉冲作用后的一段很短的时间内超再生振荡停止即“缺口”，这个“鼓包”与“缺口”就是探空仪对雷达询问脉冲的回答信号，测定回答信号相对雷达主波的延时，即可测定探空仪与雷达间的斜距。
测角原理是：当目标偏离雷达时，接收机将经放大、解调后得到的且受角误差调制的800KHz副载波送至天线控制分系统，在那里，角误差被解调出来经放大后去控制驱动电机，使天线对准目标。此时天线的方位俯仰位置通过同步发送机把位置信息变成电信号送到测角分系统的轴角变换电路，把模拟量变成为数字量并实时地送到数据终端，从而完成了角度的测量。
送给天线控制分系统的信号同时也将送到另一支路，进行窄带滤波提高信噪比，解出的气象码再用微处理器进行智能判别，进一步去除各种干扰，在很低的信噪比的情况下，仍能保持很低的误码率。
单元标题：第六章 GFE（L）1型测风雷达
第二节 雷达简介
第二节 基本工作原理
教学时数：（2）学时，其中理论（0）学时，实验（2）学时，上机（0）学时，其他（0）学时：
主要教学内容：
参观GFE（L）1型测风雷达，掌握整机组成和基本工作原理。
教学重点与难点：
整机组成和基本工作原理。
课后作业：
根据实习过程，填写实习报告。
课后体会：
通过教学实习，使学生对GFE（L）1型高空气象探测雷达的外观有了一定的认识，特别是对各分机的外观和主要作用有了进一步的了解。
单元标题：第六章 GFE（L）1型测风雷达
第三节 性能指标
教学时数：（2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0）学时：
教学目的与要求：
通过教学，掌握GFE（L）1型测风雷达工作频率范围、探测范围、探测精度（RMS）、测风精度（RMS）的含义和指标内，了解记录处理内容及结果，掌握架设场地的选择条件。
主要教学内容：
工作频率范围、探测范围、探测精度（RMS）、测风精度（RMS）、数据处理、软件操作系统、处理内容及结果、连续工作时间、断电保护、运输方式、电源供电、环境适应性、架设场地的选择
教学重点与难点： 工作频率范围、探测范围、探测精度（RMS）、测风精度（RMS）、处理内容及结果、架设场地的选择条件
课后作业：
1、叙述GFE（L）1型高空气象探测雷达的工作频率范围、探测范围、探测精度（RMS）、测风精度（RMS）。
2、了解GFE（L）1型高空气象探测雷达处理内容及结果。
3、简述GFE（L）1型高空气象探测雷达架设场地的选择条件。
课后体会：
通过教学，学生基本掌握GFE（L）1型测风雷达工作频率范围、探测范围、探测精度（RMS）、测风精度（RMS）的含义和指标内，了解记录处理内容及结果，掌握架设场地的选择条件，效果良好。
第三节 性能指标
一、工作频率范围：
1675±6MHz
二、探测范围：
1、 距离：100m—200km；2、方位角：0°—360°；仰角：-2°—+92°。
三、探测精度（RMS）
1、距离：≤20m（100m—150km）；2、方位角：≤0.08°（仰角6°以上）；3、仰角：≤0.08°（仰角6°以上）。
四、测风精度（RMS）
1、风速：1m/s（10m/s以下）；10%（10m/s以上）
2、风向：5°（25m/s以上）；10°（25m/s以下）。
五、数据处理终端 1、硬件：CPU：PⅢ500以上；内存：64MB以上；硬盘：8GB以上；光驱：40X；
显示器：17″；宽行点阵打印机
2、软件：
操作系统：windows98
3、处理内容及结果：
⑴ 特性层自动处理并输出以下结果：零度层、对流层顶、特性点、最大风层、终止层；
⑵ 规定标准层自动处理并输出以下结果：位势高度、温度、湿度、露点、温度露点差、风向、风速；
⑶ 高空风资料自动处理并输出以下结果：每分钟量得风层风向和风速、
规定标准层风向和风速，距天线高度层（300m、600m、900m）风向和风速；
⑷ 自动编制并输出探空、测风报文。包括 TTAA、TTBB、TTCC、TTDD、PPAA、PPBB、PPCC、PPDD；
⑸ 提供TEMP、PILOT数据；
⑹ 按中国气象局和WMO要求提供高表13、14，高表1、2，气候月报等报表编制和输出；
⑺ 软件具有对探空、测风的原始数据进行自动检误和人工纠错的功能以及
遇有特殊情况的处理功能；
⑻ 具有分析、监视用的气球漂移轨迹（动态显示）、T、U、高度、露点、T-Td
及风向、风速廓线和局部放大显示功能。
六、连续工作时间：不低于8小时。
七、断电保护：雷达具有断电保障系统,确保断电20分钟内探空记录不中断。
八、电源供电
电压：220V（10% ～﹣15%）；频率：50Hz±3%；功耗：≤1kW。
九、环境适应性
温度：室外 ﹣40℃～﹢50℃；室内 ﹢5℃～﹢30℃
湿度：室外 95～98%（30℃）；室内：90～96%（30℃）
气压：1050～500hpa
